Cómo electrificar todo se convirtió en una solución climática clave

Aug 05, 2023

Por Nadja Popovich y Brad Plumer 14 de abril de 2023

Cómo la electrificación se convirtió en una herramienta importante para luchar contra el cambio climático.

Una parte clave del plan de Estados Unidos para reducir las emisiones de carbono:

Conecta coches y camiones.

Estados Unidos aún obtiene la mayor parte de su energía al prender millones de pequeños incendios en todas partes. Automóviles, camiones, hogares y fábricas queman combustibles fósiles en innumerables motores, hornos y calderas, creando una contaminación que calienta el planeta.

Para hacer frente al cambio climático, esas máquinas deberán dejar de contaminar. Y la mejor manera de hacerlo, dicen cada vez más los expertos, es reemplazarlos con versiones eléctricas: automóviles, sistemas de calefacción y fábricas que funcionan con fuentes limpias de electricidad como la energía eólica, solar o nuclear.

Pero electrificar casi todo es una tarea formidable.

Otro

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camiones pesados

camiones pesados

Autobuses

y ferrocarril

Autobuses

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camiones de servicio

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Transporte

Construcción

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24,5 cuatriciclos

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Aviación

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Vehículo de pasajeros

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18.2 quads

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calefacción

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alimentación animal

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calefacción

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acero

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11,7 quads

Comercial

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calefacción

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camiones pesados

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Autobuses y tren

Autobuses y tren

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electrónica

Maquinaria y

electrónica

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camiones de servicio

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Envío

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Agricultura

y silvicultura

Agricultura

y silvicultura

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Construcción

Construcción

24,5 cuatrillones de BTU

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Aviación

Aviación

Vehículo de pasajeros

Vehículo de pasajeros

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madera, vidrio

y plastico

productos

madera, vidrio

y plastico

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quimicos

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Calentamiento de agua

Calentamiento de agua

7.3

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alimentación animal

Comida y

alimentación animal

Cemento

y cal

Cemento

y cal

Calefacción de espacios

Calefacción de espacios

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y secado

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y secado

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acondicionamiento

Refrigeración

Refrigeración

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productos

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acero

Hierro y

acero

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acondicionamiento

Aire

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Cocinando

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Refrigeración

Refrigeración

Comercial

Agua

calefacción

Agua

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Iluminación y

electrónica

Iluminación y

electrónica

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Calefacción de espacios

Calefacción de espacios

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y electronica

Encendiendo

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Así es como los estadounidenses usan la energía hoy . Energía total consumida en 2021, en cuatrillones de BTU

Esta es la cantidad de esa energía que proviene de la electricidad.Electricidad como porcentaje de la energía total consumida en 2021

Transformar la economía para que más cosas funcionen con electricidad limpia es la piedra angular del plan del presidente Biden para reducir las emisiones a casi cero para 2050.

The New York Times usó datos de Evolved Energy Research, una firma de modelado de energía, para visualizar cómo sería el uso de energía de la nación en 2050 si Estados Unidos pudiera cumplir con los objetivos de cambio climático del presidente, utilizando la tecnología disponible hoy o poco antes. horizonte, minimizando los costos.

En este futuro, mucha más energía de Estados Unidos provendría de la electricidad. El país también usaría menos energía en general, ya que los dispositivos eléctricos suelen ser más eficientes que los que queman combustibles fósiles. Por ejemplo, un automóvil a gasolina usa solo alrededor del 30 por ciento de la energía en su combustible para mover sus ruedas, y la mayor parte del resto se desperdicia como calor. Un coche eléctrico utiliza alrededor del 80 por ciento de su energía.

Para 2050, la electricidad jugaría un papel mucho más importante:

Medio-

camiones de servicio

Tarea pesada

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Vehículo de pasajeros

89%

Construcción

Transporte

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Aviación

25% eléctrico

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Industrial

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y alimentar

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acero

Maquinaria

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Comercial

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Luz.

Menos energia

uso en 2050

2021

Trabajos de tipo medio

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Envío

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camiones pesados

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Vehículo de pasajeros

Construcción

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Industrial

Aviación

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madera, vidrio y

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25% eléctrico

Agua

calefacción

Comida, bev.

y alimentar

Espacio

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Cemento

y cal

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Agricultura

y silvicultura

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Maquinaria

y electronica

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Hierro y

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Agua

calefacción

Refrigeración

Comercial

Iluminación y

electrónica

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Iluminación y

electrónica

Cocinando

63%

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Menos energia

uso en 2050

2021

Hay señales de que Estados Unidos ya se está moviendo en una dirección más enchufada. Las ventas de vehículos eléctricos batieron récords el año pasado, representando el 5,8 por ciento de los autos nuevos vendidos, y la administración ha propuesto regulaciones para garantizar que representen dos tercios de las ventas para 2032. Las bombas de calor eléctricas vendieron más que los hornos de gas por primera vez el año pasado. Una nueva ley climática proporciona miles de millones de dólares en subsidios para acelerar la transición.

Conectarse no es la única forma de reducir las emisiones. Otras opciones incluyen combustibles de hidrógeno limpio, biocombustibles o tecnologías que capturan la contaminación del aire, las chimeneas o las máquinas. Pero para muchas actividades, la solución más sencilla es volverse eléctrico.

"Si pregunta, '¿Cómo diablos vamos a impulsar limpiamente la economía moderna', nada más tiene sentido", dijo Saul Griffith, fundador y científico jefe de Rewiring America, un grupo de defensa. “Todos los caminos apuntan a la electrificación”.

Aún así, la electrificación generalizada enfrenta enormes obstáculos. Significaría reemplazar más de 280 millones de automóviles que funcionan con gasolina y 200 millones de electrodomésticos que funcionan con gas natural, como hornos, calentadores de agua, estufas y secadoras. Muchos estadounidenses podrían negarse a cambiar debido a los costos, la logística o simplemente la falta de interés. Y algunas actividades, como los camiones de larga distancia o la fabricación de productos químicos, son difíciles de electrificar.

Tampoco es suficiente cambiar a máquinas eléctricas si su electricidad proviene de centrales eléctricas que queman combustibles fósiles. Las emisiones de las centrales eléctricas han disminuido un 40 por ciento desde 2005, ya que fuentes de energía solar, eólica y de gas más baratas y limpias han reemplazado al carbón. Pero gran parte de la electricidad del país todavía se genera quemando gas y carbón, y cada vez es más difícil construir y conectar nuevas fuentes de energía renovable a redes anticuadas.

"Hay personas que dicen que esto es imposible y personas que dicen que esto no es un desafío en absoluto", dijo Ben Haley, experto en energía y cofundador de Evolved Energy Research. "Diría que está en algún punto intermedio: es un desafío, pero no es imposible".

Uso actual de electricidad

2050 Trayectoria Neta Cero

Electricidad como porcentaje de la energía total consumida en 2021

Electricidad como porcentaje de la energía total consumida en un escenario de alta electrificación

Trabajos de tipo medio

camiones

Tarea pesada

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y ferrocarril

Otro

Tarea pesada

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Envío

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Autobuses

y ferrocarril

Envío

Trabajos de tipo medio

camiones

Vehículo de pasajeros

89% eléctrico

Vehículo de pasajeros

Aviación

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Menos energía total

uso en 2050

2021

Uso actual de electricidad

Electricidad como porcentaje de la energía total consumida en 2021

Tarea pesada

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Autobuses

y ferrocarril

Otro

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camiones de servicio

Envío

Vehículo de pasajeros

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2050 Trayectoria Neta Cero

Electricidad como porcentaje de la energía total consumida en un escenario de alta electrificación

Trabajos de tipo medio

camiones

Tarea pesada

camiones

Envío

Autobuses

y ferrocarril

Vehículo de pasajeros

89% eléctrico

Aviación

Otro

Menos energía total

uso en 2050

2021

El sistema de transporte de Estados Unidos, que incluye todo, desde automóviles hasta barcos y aviones, todavía funciona casi en su totalidad con combustibles derivados del petróleo. Solo una pequeña fracción de los automóviles y camiones de hoy son eléctricos.

Los vehículos de pasajeros se consideran ampliamente los más factibles de electrificar a medida que los automóviles, SUV y camionetas que funcionan con baterías ingresan a la corriente principal, aunque los altos costos y la disponibilidad de estaciones de carga siguen siendo obstáculos importantes.

Por el contrario, los camiones pesados ​​que transportan mercancías a través de miles de kilómetros a través del país podrían resultar más difíciles de electrificar, especialmente si requieren baterías grandes que tardan horas en cargarse. Algunos fabricantes de camiones como Daimler y Volvo han dicho que una mejor alternativa sería el combustible de hidrógeno fabricado con energía eólica o solar, aunque eso requeriría una nueva infraestructura extensa para fabricar y distribuir todo ese hidrógeno.

"Las baterías están a la cabeza en este momento, especialmente porque ya se está construyendo una red de carga", dijo Tom Walker, gerente de tecnología de transporte de Clean Air Task Force, un grupo ambiental sin fines de lucro. "Pero no está claro que la electrificación tenga más sentido en todas partes, por lo que debemos mantener nuestras opciones abiertas".

La aviación es aún más difícil. Las baterías de hoy en día son demasiado voluminosas para alimentar todos los aviones, excepto los más pequeños. Para vuelos más largos y jets más grandes, las aerolíneas pueden necesitar otras opciones, como combustibles hechos de desechos agrícolas o combustibles más elaborados que reciclan el dióxido de carbono de la atmósfera, que siguen siendo extremadamente costosos.

Uso actual de electricidad

2050 Trayectoria Neta Cero

Electricidad como porcentaje de la energía total consumida en 2021

Electricidad como porcentaje de la energía total consumida en un escenario de alta electrificación

Agua

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Lavado

y seco.

Calentamiento de agua

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Calefacción de espacios

Refrigeración

Lavado

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Aire acondicionado

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Agua

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Residencial

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Iluminación y

electrónica

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Menos energía total

uso en 2050

Espacio

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Uso actual de electricidad

Electricidad como porcentaje de la energía total consumida en 2021

36%

Lavado

y secado

Calentamiento de agua

Calefacción de espacios

16% eléctrico

Refrig.

Aire acondicionado

Residencial

Aire acondicionado

Cocinando

Refrigeración

Agua

calefacción

Comercial

Iluminación y

electrónica

Otro

Otro

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53%

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Espacio

calefacción

Encendiendo

y elec.

Cocinando

2050 Trayectoria Neta Cero

Electricidad como porcentaje de la energía total consumida en un escenario de alta electrificación

Agua

calefacción

Lavado

y secado

Calefacción de espacios

63%

Aire

acondicionamiento

Refrig.

Otro

Agua

calefacción

Aire acondicionado

99%

Refrig.

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calefacción

96%

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Iluminación y

electrónica

Encendiendo

y elec.

Cocinando

Cocinando

Menos energía total

uso en 2050

2021

La mayoría de los hogares y negocios ya usan electricidad para alimentar acondicionadores de aire, luces, refrigeradores y otros electrodomésticos.

Pero millones de edificios también queman combustibles fósiles, principalmente gas natural o fuel oil, para alimentar hornos, calentadores de agua, estufas, hornos y secadoras de ropa, que juntos producen el 13 por ciento de las emisiones de gases de efecto invernadero de EE. UU.

Ya existen alternativas eléctricas para la mayoría de los aparatos de gas. Las bombas de calor eléctricas, por ejemplo, actúan esencialmente como acondicionadores de aire bidireccionales que pueden proporcionar refrigeración en verano y calefacción en invierno. La tecnología de bombas de calor ha mejorado constantemente en los últimos años, con muchos modelos capaces de operar de manera eficiente en temperaturas bajo cero.

Pero para muchas viviendas unifamiliares o edificios de apartamentos, la economía de cambiar de gas a calefacción eléctrica puede ser prohibitiva, ya que el gas natural es barato. Algunas casas requieren actualizaciones costosas de los paneles eléctricos o conductos nuevos.

Y aunque la ley climática del año pasado ofrece subsidios para electrodomésticos, muchos contratistas aún no están familiarizados con las bombas de calor y los electricistas son escasos. La industria del gas también ha luchado duramente contra las políticas de electrificación.

"Cada hogar es diferente y los costos de electrificación pueden variar bastante", dijo Ryan Jones, cofundador de Evolved Energy.

Otro desafío potencial: muchas redes eléctricas de hoy en día están configuradas para hacer frente a la demanda de energía que alcanza su punto máximo en el verano, cuando los acondicionadores de aire funcionan al máximo. Pero si la calefacción eléctrica se generaliza, las empresas de servicios públicos tendrán que descubrir cómo manejar la creciente demanda en el invierno, cuando, dicho sea de paso, hay menos energía solar disponible. (Actualmente, las empresas de servicios públicos almacenan grandes cantidades de gas natural bajo tierra para el invierno, lo cual es mucho más difícil de hacer con la electricidad).

Uso actual de electricidad

2050 Trayectoria Neta Cero

Electricidad como porcentaje de la energía total consumida en 2021

Electricidad como porcentaje de la energía total consumida en un escenario de alta electrificación

Otro

Maquinaria y

electrónica

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Agricultura

y silvicultura

Construcción

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madera, vidrio

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madera, vidrio

y plastico

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Agricultura

y silvicultura

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electrónica

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Menos energía total

uso en 2050

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Uso actual de electricidad

Electricidad como porcentaje de la energía total consumida en 2021

Maquinaria y

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Agricultura

y silvicultura

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eléctrico

madera, vidrio

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y cal

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2050 Trayectoria Neta Cero

Electricidad como porcentaje de la energía total consumida en un escenario de alta electrificación

Otro

Construcción

27%

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madera, vidrio

y plastico

productos

25% eléctrico

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Agricultura

y silvicultura

Papel

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Hierro y

acero

Maquinaria y

electrónica

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Menos energía total

uso en 2050

2021

Las industrias estadounidenses a menudo necesitan grandes cantidades de calor para una vertiginosa variedad de actividades: crear vapor, fundir aluminio, templar vidrio, procesar azúcar e incluso secar piezas de automóviles. Hoy en día, gran parte de este calor se genera quemando gas natural o carbón.

En teoría, muchas empresas podrían generar calor utilizando electricidad. Un estudio reciente del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley encontró que aproximadamente la mitad del uso de energía industrial tenía un potencial "alto" o "medio" para la electrificación, incluida la producción de aluminio, maquinaria, madera, caucho y algunos plásticos. Pero eso suele ser mucho más caro que generar calor quemando gas natural.

Otros procesos industriales son más difíciles de electrificar. Los hornos de cemento y los fabricantes de vidrio, por ejemplo, a menudo necesitan temperaturas superiores a los 2500 grados Fahrenheit. La industria química, una fuente importante de emisiones, a menudo utiliza combustibles fósiles como materia prima para sus productos, sin un sustituto fácil.

Quizás el mayor obstáculo para electrificar la industria es la falta de incentivos. Si bien el gobierno ofrece créditos fiscales para automóviles eléctricos y bombas de calor para el hogar, ha ignorado en gran medida al sector industrial, cuyo uso de energía se espera que siga creciendo en las próximas décadas. Muchas empresas desconfían de probar nuevos procesos sin el apoyo del gobierno.

"Si solo esperáramos otro siglo, la industria probablemente pasaría a la electrificación por sí sola, porque es más eficiente que quemar cosas para obtener calor", dijo Chris Bataille, investigador del Centro de Política Energética Global de Columbia. "Pero obviamente eso no es lo suficientemente rápido para cumplir con nuestros objetivos climáticos".

La electrificación requeriría cambios radicales en las redes eléctricas de la nación. Bajo el escenario visualizado anteriormente, la demanda total de electricidad en los Estados Unidos se duplicaría aproximadamente para 2050, incluso si el uso general de energía se redujera.

Para satisfacer esa demanda, las empresas eléctricas tendrían que agregar cantidades asombrosas de nueva energía libre de emisiones mientras se aseguran de que todos esos automóviles, hogares y fábricas recién electrificados no sobrecarguen el sistema y provoquen apagones. También tendrían que construir nuevas y grandes líneas eléctricas en todo el país, tanto para dar cabida a proyectos renovables de gran alcance como para mejorar la confiabilidad de la red.

Sin embargo, los proyectos de transmisión se han vuelto notoriamente difíciles de construir. Y algunos expertos han advertido que la transición hacia la energía limpia fracasará sin ellos.

"Si vamos a depender de la red para una mayor parte de nuestra vida diaria, será mejor que comencemos a planificar ahora para asegurarnos de que sea mucho más resistente de lo que es hoy", dijo Susan Tierney, consultora de energía de Analysis. Grupo.

No es una preocupación pequeña. El verano pasado, en medio de una severa ola de calor y escasez de electricidad, California pidió a los residentes que evitaran cargar sus autos eléctricos durante las horas pico. Eso planteó dudas sobre si la red podría manejar un aumento de la nueva demanda en un momento en que el cambio climático ya está alimentando el clima extremo.

Hay soluciones potenciales. Los servicios públicos, por ejemplo, podrían mejorar la programación cuando se cargan los vehículos eléctricos y otros electrodomésticos, de modo que no se enciendan todos al mismo tiempo y exijan el equipo o requieran la construcción de nuevas plantas de energía costosas. Más almacenamiento de batería también podría ayudar.

Aun así, algunos expertos siguen siendo escépticos.

"Asumir que este será el mundo en el que vivimos, en unas pocas décadas, es prematuro", dijo David Rapson, economista de la Universidad de California, Davis. Ha dicho que los mandatos rígidos de vehículos eléctricos, como los de California o la administración de Biden, pueden ser demasiado agresivos, lo que podría aumentar los costos y sofocar otras soluciones climáticas.

Otros señalan que electrificar todo, o al menos la mayoría de las cosas, tendrá amplios beneficios, incluidos profundos recortes en la contaminación del aire. Matteo Muratori, analista del Laboratorio Nacional de Energía Renovable, comparó la transición de los combustibles fósiles a la electricidad con "pasar de lo analógico a lo digital".

"Se puede hacer mucho más con la electricidad como combustible", dijo, "más eficiencia, menos desperdicio, evitar la contaminación, no se trata solo de los gases de efecto invernadero".

Notas de datos: Las proyecciones para el consumo de energía de EE. UU. en 2050 se basan en el escenario "central" en el modelo de Evolved Energy Research. Refleja un camino potencial hacia emisiones netas cero para mediados de siglo que incluye altas tasas de electrificación. Sin embargo, si electrificar la economía resulta más difícil de lo esperado, los investigadores han presentado otros escenarios de cero emisiones netas que hacen un mayor uso de otras tecnologías como el hidrógeno o los biocombustibles, pero que también cuestan más. Más información sobre el modelo de Evolved Energy Research está disponible en su informe ADP de 2022. El consumo actual de energía y electricidad de EE. UU. se basa en datos de la Perspectiva anual de energía de 2022 de la Administración de Información de Energía que ha sido modificado por Evolved Energy Research. Refleja solo la energía consumida por los usuarios finales y no incluye los usos previos, como la energía utilizada para extraer combustibles fósiles o refinar petróleo en gasolina. Para algunos sectores, como el químico, la energía incluye tanto los combustibles fósiles que se queman para generar calor y electricidad como los combustibles fósiles que se utilizan como materia prima para los procesos industriales. En este análisis, los vehículos con celdas de combustible de hidrógeno no se cuentan como "eléctricos". vehículos, y la categoría de aire acondicionado para edificios comerciales incluye ventilación.